[論文レビュー] The evolution of AGB stars with convective overshoot

Falk Herwig|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 2被引用数 23

ひとこと要約

本稿は、時間に依存する対流的過渡現象が、赤色超巨星（AGB）星の進化に与える影響を調査しており、特にヘリウムフレッシュや包層対流の際の対流境界における拡張した混合が、構造的・化学的進化に与える影響に注目している。主な結果として、過渡現象が第三のドラフトアップを顕著に強化し、低質量AGB星が炭素豊富化することを可能にするとともに、s過程の核融合に不可欠な$^{13}$Cポケットの形成を促進することが示された。

ABSTRACT

The influence of extended convective mixing (overshoot) on asymptotic giant branch stellar evolution is investigated in detail. The extended mixing is treated time-dependently, and the efficiency declines exponentially with the geometric distance from the convective boundary. It has been considered at all convective boundaries, including the He-flash convection zone in the intershell region which forms during the thermal pulses. Both the structural and the chemical evolution are affected by the inclusion of overshoot. The main results include a very efficient third dredge-up which leads to the formation of carbon stars of low mass and luminosity. A C13 pocket which may serve as a neutron source for the s-process can form after the third dredge-up has reached into the C12 rich intershell. Overshoot applied to the pulse-driven convective zone during the He-flash leads to a deeper penetration of the bottom of this convective zone into the C/O core below the He-burning shell. This in turn causes He4 to be less abundant in the intershell while C12 and O16 are more abundant compared to calculations without overshoot. We show that overshoot at the He-flash convection zone as well as at the base of the envelope convection enhance the efficiency of the third dredge-up. Characteristic properties of the structural and chemical evolution of AGB stars are presented.

研究の動機と目的

• 対流的過渡現象がAGB星の構造的・化学的進化に与える影響を理解すること。
• 低質量星において追加の混合がなければ十分な第三のドラフトアップが得られないという、AGBモデルにおける矛盾を解消すること。
• ヘリウムフレッシュ中の包層対流境界の基部およびパルス駆動型対流領域における過渡現象の役割を検討すること。
• 表面組成の進化、特に同位体比とs過程の核融合に及ぼす過渡現象の影響を評価すること。
• 過渡現象が炭素星および後AGB星の観測とモデル予測の乖離を解消できるかどうかを特定すること。

提案手法

• 時間に依存する指数的拡散的過渡現象を、すべての対流境界に適用し、効率は境界からの距離とともに指数関数的に減少する。
• 非局所的・時間に依存する対流および過渡現象の物理を組み込んだ詳細な星の進化コードを用いて、星の進化モデルを計算した。
• ヘリウムフレッシュの際、包層対流領域の基部およびパルス駆動型対流領域（PDCZ）の底に過渡現象を適用した。
• モデルは、コア質量、温度プロファイル、および特に$^{12}$C、$^{16}$O、$^{13}$Cおよび同位体比の分布の変化を追跡した。
• 熱的パルスの間における化学的進化をモニタリングし、ドラフトアップ効率および$^{13}$Cと$^{14}$Nポケットの形成に注目した。
• 過渡現象あり・なしのモデルを比較することで、表面組成および核融合に及ぼす影響を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 包層対流領域の基部における対流的過渡現象は、低質量AGB星における第三のドラフトアップの効率にどのように影響するか？
• RQ2 ヘリウムフレッシュ中のパルス駆動型対流領域における過渡現象は、間層およびコアの組成にどのような影響を及ぼすか？
• RQ3 過渡現象は、s過程の主要な中性子源たる$^{13}$Cポケットの形成および性質にどのように影響するか？
• RQ4 過渡現象は、AGB星の表面同位体比（酸素、マグネシウム、炭素）にどの程度の変化をもたらすか？
• RQ5 過渡現象は、炭素星および後AGB星の観測とAGBモデルの予測との乖離を解消できるか？

主な発見

• 包層対流領域の基部における過渡現象は、第三のドラフトアップを顕著に強化し、低質量AGB星で低光度でも炭素を豊富に含む星へと進化可能である。
• 過渡現象を含むモデルでは、過渡現象なしのモデルと比較して、ドラフトアップされた物質中の$^{16}$Oの割合が5〜10倍に増加した。
• ヘリウムフレッシュ中の対流領域における過渡現象は、C/Oコアへの深く浸透するのを促進し、$^{4}$Heの割合を減少させるとともに、$^{12}$Cおよび$^{16}$Oの割合を間層で増加させた。
• 3–4 M$_{\odot}$のモデルでは、最初の十数回の熱的パルスの間に$^{24}$Mg/$^{25}$Mgおよび$^{24}$Mg/$^{26}$Mg同位体比が38–40%低下し、PDCZの基部での高温が示唆された。
• 過渡現象により、第三のドラフトアップ後に包層とコアの界面に$^{13}$Cポケットが形成され、s過程に持続的な中性子源が供給された。
• 過渡現象ありのモデルでは、進化した熱的パルスの間でもコア質量が一定または減少するのに対し、過渡現象なしのモデルでは増加する傾向にあった。これは、Hを欠損した後AGB星の観測と整合的であった。